智能型直行程電動執(zhí)行機構(gòu)原理及應用

　　介紹智能型YLM系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)的工作原理和結(jié)構(gòu)，分析比較電動執(zhí)行機構(gòu)與氣動執(zhí)行機構(gòu)及液動執(zhí)行機構(gòu)的優(yōu)缺點，闡述YLM系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)現(xiàn)場應用的優(yōu)勢，最后說明電動執(zhí)行機構(gòu)的發(fā)展趨勢。

　　電動執(zhí)行機構(gòu)可分為直行程和角行程2大類，直行程電動執(zhí)行機構(gòu)接受調(diào)節(jié)器的輸入信號，并將其轉(zhuǎn)換成與輸入信號成比例的直線位移去帶動閥門、擋板等調(diào)節(jié)機構(gòu)，以實現(xiàn)自動控制。隨著微電子技術(shù)、微機械技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，智能型電動執(zhí)行機構(gòu)成為一種發(fā)展趨勢。智能型電動執(zhí)行機構(gòu)以微處理器作為主控器件，并配有功率控制單元、故障診斷報警單元、人機對話單元，可進行閉環(huán)控制;具有數(shù)字通信接口;調(diào)試時具有非侵入特性，即在不打開電氣箱蓋的前提下可設定各種運行控制參數(shù)。

1、工作原理與結(jié)構(gòu)

　　(1)工作原理

　　YLM系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)是以單相交流伺服電動機為動力裝置的位置伺服機構(gòu)，其系統(tǒng)見圖1。該電動執(zhí)行機構(gòu)的工作原理為：接受來自調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸入4～20mADC控制信號Ii與電動執(zhí)行機構(gòu)的位置反饋信號If并將其比較放大，當Ii與If之差超過死區(qū)Σ，電動機接通電源，以恒速旋轉(zhuǎn)經(jīng)減速器變?yōu)檩敵鲚S故軸向直線位移。在位移的同時，位置發(fā)送器輸出1個與位移成比例的位置反饋信號If，當Ii與If之差小于死區(qū)Σ時，切斷電動機電源使之停止轉(zhuǎn)動，從而輸出軸穩(wěn)定在一定位置上，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。若電動執(zhí)行機構(gòu)的輸入信號增大，則輸出信號與反饋信號的偏差為正極性，電機正轉(zhuǎn);反之則偏差為負極性，電機反轉(zhuǎn)。死區(qū)E值可在設置時改變。

圖1 執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)框圖

　　(2)控制器

　　電動執(zhí)行機構(gòu)的控制器采用目前流行的PIC系列單片機為主控元件，同時采用無觸點輸出方法，具有壽命長、工作可靠、體積小和重量輕等優(yōu)點。當輸入控制信號4～20mADC時經(jīng)光電隔離及A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，將其送至CPU進行處理，CPU再根據(jù)執(zhí)行

　　機構(gòu)輸出軸的當前位置(即反饋量)進行比較來決定電機的啟/停及轉(zhuǎn)動方向，并通過接口電路來驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動，同時，CPU不斷地從傳感器上采集執(zhí)行機構(gòu)輸出軸的當前位置并與給定量進行比較，實現(xiàn)輸入信號對執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸位移的控制。

　　(3)減速機構(gòu)

　　減速器是電機和工作機之間獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。電動執(zhí)行機構(gòu)的減速器機構(gòu)由多個平齒輪、螺旋機構(gòu)和手操機構(gòu)組成，自動操作時，交流伺服電機通過齒輪組傳動梯形螺母從而傳輸軸在導管中來回移動;手動操作時，旋轉(zhuǎn)手輪從而帶動齒輪組至梯形螺母使傳輸軸位移，輸出軸的極限尺寸由導管長度決定。

2、現(xiàn)場應用優(yōu)勢

　　(1)3種執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)缺點比較

　　執(zhí)行機構(gòu)可分為電動執(zhí)行機構(gòu)、氣動執(zhí)行機構(gòu)和液動執(zhí)行機構(gòu)。其優(yōu)缺點比較見表1。

表13種執(zhí)行機構(gòu)優(yōu)缺點比較

　　因此，電動執(zhí)行機構(gòu)由于其突出的優(yōu)點而被廣泛應用于電力、冶金、石油、化工、輕工等工業(yè)部門的自動控制領域。

　　(2)YLM系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)的優(yōu)點

　　YLM系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)特別適合擋板的可靠定位，適用于燃燒控制閥門、葉片、變速驅(qū)動或其他直行程應用場合。目前，YLM系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)已成功應用于多家電廠鍋爐的2次風門上，幾年來的運行實踐表明，執(zhí)行機構(gòu)定位準確、性能穩(wěn)定、效果良好。

　　YLM系列直行程電動執(zhí)行機構(gòu)可以接受無源觸點(如DCS系統(tǒng)的DO)控制、4～20mA模擬量控制和220VAC有源開關(guān)量控制等3種控制;在故障狀態(tài)下可以保持在全開、全關(guān)或原位置。

　　優(yōu)點：

　　1)制造工藝復雜，加工精良，具有體積小、重量輕、耐高溫和安裝方便的優(yōu)點;

　　2)結(jié)構(gòu)上采用具有雙重自鎖功能、雙重防水、雙重推力保護和自潤滑的部件，即使處于惡劣環(huán)境，執(zhí)行機構(gòu)仍可以正常工作;

　　3)電路控制設計采用逐步接近既定目標值方法，可提高執(zhí)行機構(gòu)工作精度防治過沖震蕩，并采用全隔離電路可提高抗干擾能力;

　　4)采用防死機技術(shù)，工作環(huán)境溫度范圍為-25℃～80℃，執(zhí)行機構(gòu)可長期地穩(wěn)定工作。

　　此外，執(zhí)行機構(gòu)還具斷信號以調(diào)節(jié)機構(gòu)卡死等故障保護、狀態(tài)的顯示及接點輸出功能。

3、展望

　　隨著各種新技術(shù)的快速進步，電動執(zhí)行機構(gòu)正朝小型化、一體化、數(shù)字化、智能化、總線化和網(wǎng)絡化方向大步邁進，控制精度將越來越高，使用環(huán)境越來越廣。然而，國產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)在產(chǎn)品的品種、控制精度、工藝水平、可靠性、智能化和網(wǎng)絡化方面還有較大差距，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能電動執(zhí)行機構(gòu)還很少，亟需努力找出差距，盡快縮短國產(chǎn)電動執(zhí)行機構(gòu)與世界先進水平的差距，更好地滿足工業(yè)控制的需要。